Метод.вказ. Мостові переходи

При виконанні курсового проекту значення коефіцієнту розмиву Р для підстановки у формулу (16) треба брати в межах 1,5 – 2,0.

За даними табл. 2 ширина отвору розбивається на прогони.

Таблиця 2

Основні розміри попередньо напружених балкових прогонових будов

3.2. Аналітичні основи прогнозування величини загального розмиву

Натурні спостереження і числові розрахунки свідчать, що максимальний загальний розмив досягається, коли розрахункова повінь тої чи іншої ймовірності проходить в кінці багатоводного періоду після серії менших повеней. Якщо розрахункова повінь проходить одразу після будівництва мостового переходу по ще не розмитому дну, то за цих умов мінімальна (за час розрахункової повені) відмітка загального розмиву вважається його верхньою границею.

За гіпотетичних обставин, коли пік розрахункової повені тримається невизначено довго, принаймні стільки часу скільки необхідно для відновлення в руслі природного балансу наносів, мінімальна відмітка дна, розмитого за цей час, буде найменшою і становитиме нижню границю загального розмиву. Відмітки дна під мостом можуть бути меншими за нижню границю тільки за умови проходження паводку, висота якого перевищує розрахункову.

Таким чином, розрахункова величина загального розмиву (РВР) знаходиться між верхньою і нижньою границями, але за певних умов може майже співпадати з якоюсь із них. Ніхто заздалегідь не знає в якому порядку

В.Ш.Ципін [4] пропонують моделювати найнесприятливіші серії повеней за такою схемою:

якщо коефіцієнт варіації щорічних максимальних рівнів води знаходиться в межах Cv = 0,60 – 3,2, то ряд повеней треба пропускати в такому порядку – 4р, 8р, 2р, 4р, р, де р = 1%;

якщо Cv ≤ 0,6, то модельна серія повеней має вид 4р, 2р, р. Вважається, що саме такі серії повеней забезпечують отримання

розрахункової величини загального розмиву (РВР) і подовження їх не має сенсу, тому що не призводить до помітних змін відміток дна під мостом.

В курсовому проекті треба запрогнозувати величину загального розмиву під мостом, пропустивши серію з трьох повеней, незалежно від величини коефіцієнта варіації.

11

Загальний розмив під мостом в будь-який момент повені при затоплених заплавах визначається за аналітичною залежністю:

в якій при багаторічному прогнозуванні для першої повені hj= hрп, для другої і наступних повеней hj = hзал , де hзал – залишкова глибина під мостом від попередньої повені.

Залишкова глибина також обчислюється за допомогою залежності (17), але при цьому треба підставити: hj – глибину під мостом, що залишилась від попереднього паводку, яка дорівнює різниці між середньою відміткою заплави (брівок русла) і дна; коефіцієнт стиснення потоку під мостом - βм=1,02; інтегральну функцію гідрографа Г відповідну моменту осушення заплав, яка являє собою:

де t1 i t2 – відповідно час в добовому вимірі виходу води на заплаву і звільнення заплав від води. Стала „86400” дорівнює кількості секунд в добі. При наявності природного гідрографа руслової витрати інтегральна функція гідрографа Г обчислюється будь-яким числовим методом, наприклад, методом трапецій, точність якого цілком прийнятна для подібних розрахунків.

Решта величин в залежності (17) мають такий зміст: - довжина зони стиснення для залишкового розмиву:

де: В – ширина розливу ріки; іп – природний поздовжній похил ріки;

Fr v2п /gB

- число Фруда природного потоку записане через ширину розливу; а – коефіцієнт, залежний від Fr/iп , рис. 1

12

- довжина зони стиснення на піках паводку та розмиву:

1 мз

вз

ℓмз і ℓвз – ширина меншої та більшої заплав;

-коефіцієнт А, залежний від фізико-механічних властивостей наносів, береться з табл. 3

Таблиця 3

Теоретична ширина розливу ріки на момент залишкового розмиву становить:

де: Вр – ширина русла, Qp.б. – руслова витрата в брівках русла; І – поздовжній похил ріки; hз.з. – глибина на заплаві при залишковому розмиві, що дорівнює:

hз.з. 0,011 hр.б.

де: hр.б. – руслова глибина в брівках (відстань від середньої відмітки дна до відмітки нижньої заплави, якщо їх дві і вони мають різні відмітки).

3.3. Алгоритм багаторічного прогнозування загального розмиву

При обмеженому обсязі гідрологічної інформації, коли, наприклад, натурний ряд спостережень не є повним або представляє маловодний період, доводиться моделювати серію повеней, яка призводить до найбільшої величини загального розмиву за багаторічний термін експлуатації мостового переходу. При цьому вважається, що тривалість повеней різної забезпеченості на даній ділянці ріки однакова, а їх водомірні графіки і гідрографи – подібні. Вихідні дані для побудови водомірних графіків наведено в дод. 7.

Коефіцієнт подібності водомірних графіків КВ дорівнює відношенню їх висот Н, під якими розуміють різницю між рівнями води на піку повені і межені. Наприклад, висота повені 1%-ої забезпеченості становить

Н1% = РРВВ1% - РМВ (20) де: РРВВ1% - розрахунковий рівень високої води 1%-ої забезпеченості; РМВ –

рівень меженної води. Тоді коефіцієнт подібності для водомірного графіка 2%-ої забезпеченості дорівнює

13

(21)

Помноживши всі ординати водомірного графіка 1%-ої забезпеченості на КВ,2% і додавши до них відмітку РМВ, отримаємо водомірний графік 2%-ої забезпеченості.

Для гідрографів загальної і руслової витрати коефіцієнти подібності обчислюються за очевидними залежностями. Наприклад, для гідрографів 4%- ої забезпеченості

де KQ i KQp – відповідно коефіцієнти подібності для гідрографів загальної і руслової витрат потрібної забезпеченості. Побудова гідрографів модельної серії повеней може також здійснюватись за допомогою кривих витрат і водомірних графіків прийнятої забезпеченості.

Після обробки гідрологічної інформації власне і починається багаторічне прогнозування загальних руслових деформацій, аналітичною основою якого є формула (17).

Перша повінь з натурної чи змодельованої серії проходить по ще не

по дну, що вже здеформоване попередніми повенями. Тому замість hрп в формулу (17) треба підставляти залишкову глибину від попередньої повені hзал(j-1) , яка дорівнює

де Zзал(і-1) - залишкова відмітка дна русла під мостом на момент звільнення заплав від води. Практично цей момент фіксується, коли глибина на заплавах не перевищує 0,1 – 0,2 м. Провадити обчислення при менших глибинах не має сенсу внаслідок втрати суцільності заплавних потоків через нерівності поверхні, стариці, чагарники тощо.

Останньою пропускається нормативна повінь (1% або 2%-ої забезпеченості в залежності від технічної категорії автомобільної дороги), для якої визначається не залишкова величина загального розмиву, а його максимальне значення. яке досягається десь на спаді повені.

Натурні спостереження і аналіз формули (17) свідчать, що максимальне значення загального розмиву досягається десь на спадній гілці водомірного

h - глибина в розмитому руслі в довільному створі на даний момент часу, максимум якої завжди співпадає з піком повені, на відміну від величини загального розмиву hз. Для визначення в кожний момент часу глибини в руслі тільки під мостом треба в формулі (17) замість βр підставляти βм.

14

Час настання піку загального розмиву визначається точкою дотику D прямої проведеної з початку координат до графіка інтегральної функції гідрографа, рис. 8 . Часова координата точки дотику фіксує момент піку розмиву. Якщо тепер у формулу (17) підставити значення всіх величин залежних від часу на момент tD , то отримаємо глибину під мостом після розмиву hз. max . Тоді за формулою (26) мінімальна відмітка становитиме

а за формулою (25) – матимемо максимальне значення загального розмиву

Δhз(max) = Zдр – Zпр(min)

3.3. ПРИКЛАД БАГАТОРІЧНОГО ПРОГНОЗУВАННЯ ЗАГАЛЬНОГО РОЗМИВУ НА МОСТОВОМУ ПЕРЕХОДІ ЧЕРЕЗ Р. Д..

3.3.1. Вихідна морфологічна інформація.

3.3.3.. Визначення висот повеней.

За формулою (20) маємо: Н1% = 62,80 – 56,00 = 6,80 м

Н2% = 61,35 – 56,00 = 5,35 м Н4% = 60,58 – 56,00 = 4,58 м

3.3.4. Обчислення коефіцієнтів подібності водомірних графіків.

Застосовуючи формулу (21), отримаємо:

kп, 2% = 5,35 : 6,80 = 0,787 kп, 4% = 4,50 : 6,80 = 0,670

3.3.5 Обчислення ординат і побудова водомірних графіків.

Маючи вихідними ординати (висоти) водомірного графіка 1%-ої забезпеченості, після множення їх на відповідні коефіцієнти подібності і додавання до РМВ, отримуються водомірні графіки 2% і 4%-ої забезпеченості, табл.1 та рис.1.

15

Таблиця 1.

Координати водомірних графіків модельної серії повеней

3.3.6. Побудова гідрографів.

Перехід до гідрографів загальної і руслової витрат здійснюється на основі спільного розгляду водомірних графіків і природних кривих витрат з координатами, наведеними в табл. 2 і 3. На кожному з водомірних графіків (див. рис. 1) фіксуються рівні високої води, а відповідні їм витрати знімаються з кривих витрат, рис.2. Дані для побудови гідрографів загальної і руслової витрат прийнятої забезпеченості занесені в табл. 4-6, а їх графіки показані на рис. 3-5. В курсовому проекті гідрографи модельної серії повеней будуються за принципом подібності.

16

Таблиця 2

КРИВА РУСЛОВОЇ ВИТРАТИ

Таблиця 3

КРИВА ЗАГАЛЬНОЇ ВИТРАТИ

Рис.3. Гідрографи загальної і руслової витрат 1% забезпеченості

17

Рис.6. Інтегральна функція гідрографа руслової витрати 4% забезпеченості

Рис.7. Інтегральна функція гідрографа руслової витрати 2% забезпеченості

Рис.8. Інтегральна функція гідрографа руслової витрати 1% забезпеченості

3.3.8. Прогнозування максимальної величини загального розмиву

Коефіцієнт варіації гідрологічних характеристик в створі мостового переходу через р. Д... Cv = 0,58. Отже за рекомендацією Л.Г.Бегама і В.Ш.Ципіна можна обмежитись модельною серією з трьох повеней, які треба пропустити в такій послідовності: 4%, 2%, 1%.

19

Залишковий розмив під мостом від першої повені 4% забезпеченості визначається на 50,2 добу, коли рівень води на заплавах дорівнює 0,2 м. Коефіцієнт стиснення потоку під мостом вважаємо рівним βм 1,02 . Висота

h j знаходиться як різниця між РРВ 4% (РРВ 4% = Zз+0,2м - для залишкового

ширина розливу ріки перевищує максимальну, тому до розрахунків приймаємо В = 2690 м. Для визначення довжини зони стиснення користуємося залежністю (19'):

Залишкова відмітка розмитого дна під мостом після першої повені 4% забезпеченості становить Z зал РРВ h 58,0 4,83 53,17 ( м) , а товщина

змитого шару наносів на кінець першої повені дорівнює hзал= Zд - Zзал =

= 53,65 – 53,17 = 0,48 м.

Залишковий розмив 2% забезпеченості визначається на 50 добу, коли рівень води на заплавах дорівнює 0,2 м. Коефіцієнт стиснення потоку під

Довжина зони стиснення залишається такою ж як для 4% паводку. Визначаю залишковий розмив від паводку 2% ймовірності (17):

20